Die Wärmeübertragung durch Strahlung erfolgt in Form elektromagnetischer Wellen hauptsächlich im Infrarotbereich. Strahlung, die von einem Körper emittiert wird, ist eine Folge der thermischen Erregung seiner zusammengesetzten Moleküle. Strahlungswärmeübertragung kann unter Bezugnahme auf den „schwarzen Körper“ beschrieben werden.
Der schwarze Körper
Der schwarze Körper ist definiert als ein Körper, der alle Strahlung absorbiert, die auf seine Oberfläche fällt. Tatsächliche schwarze Körper existieren in der Natur nicht – obwohl ihre Eigenschaften durch ein Loch in einer Schachtel mit stark absorbierendem Material angenähert werden., Das Emissionsspektrum eines solchen schwarzen Körpers wurde erstmals von Max Planck vollständig beschrieben.
Ein schwarzer Körper ist ein hypothetischer Körper, der alle Wellenlängen der auf ihn einfallenden Wärmestrahlung vollständig absorbiert. Solche Körper reflektieren kein Licht und erscheinen daher schwarz, wenn ihre Temperaturen niedrig genug sind, um nicht selbstleuchtend zu sein. Alle auf eine bestimmte Temperatur erhitzten schwarzen Körper emittieren Wärmestrahlung.,
Die Strahlungsenergie pro Zeiteinheit von einem schwarzen Körper ist proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur und kann mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz als
Die Stefan-Boltzmann-Konstante in imperialen Einheiten ausgedrückt werden
σ = 5.6703 10-8 (W/m2K4)
= 1.714 10-9 ( Btu/(h ft2 oR4) )
= 1.,19 10-11 ( Btu/(h in2 oR4) )
- Wärmestrahlung von einem schwarzen Körper – Umgebung absoluter Nullpunkt (pdf)
Beispiel – Wärmestrahlung von der Oberfläche der Sonne
Wenn die Oberflächentemperatur der Sonne 5800 K beträgt und wenn wir davon ausgehen, dass die Sonne als schwarzer Körper angesehen werden kann, kann die Strahlungsenergie pro Flächeneinheit ausgedrückt werden, indem (1) auf
q / A = σ T4
= (5.6703 10-8 W/m2K4) (5800 K)4
= 6.,42 107 (W/m2)
Graue Körper und Emissivitätskoeffizienten
Für andere Objekte als ideale schwarze Körper („graue Körper“) kann das Stefan-Boltzmann – Gesetz ausgedrückt werden als
q = ε σ T4 A (2)
wobei
ε = Emissivitätskoeffizient von das Objekt (one – 1-für einen schwarzen Körper)
Für den grauen Körper wird die einfallende Strahlung (auch Bestrahlung genannt) teilweise reflektiert, absorbiert oder übertragen.,
Der Emissionsgrad liegt je nach Materialart und Oberflächentemperatur im Bereich 0 < ε < 1.
- oxidiertes Eisen bei 390 von (199 oC) > ε = 0,64
- poliertes Kupfer bei 100 von (38 oC) > ε = 0.,03
- Emissivitätskoeffizienten für einige gängige Materialien
Nettostrahlungsverlustrate
Wenn ein heißes Objekt Energie in seine kühlere Umgebung abstrahlt, kann die Nettostrahlungswärmeverlustrate als
- Strahlungskonstanten für einige gängige Baumaterialien
ausgedrückt werden Wärmeverlust von einer erhitzten Oberfläche in eine unbeheizte Umgebung mit mittleren Strahlungstemperaturen sind in der folgenden Tabelle angegeben.,
Download und druck Wärmeübertragung durch Strahlung Diagramm
Strahlung Wärmeübertragung Rechner
Dieser Rechner basiert auf Gleichung (3) und kann verwendet werden, um die Wärmestrahlung von einem warmen Objekt zu kälteren Umgebung zu berechnen.
Beachten Sie, dass die Eingangstemperaturen in Grad Celsius liegen.
ε-Emissionsgrad
th-Objekt heiße temperatur (oC)
tc-Umgebung kalte temperatur (oC)
Ac-objekt bereich (m2)
Last Rechner!,
Lamberts Kosinusgesetz
Die Wärmeemission von einer Oberfläche in einem Winkel β kann mit Lamberts Kosinusgesetz als
ausgedrückt werden